全國中小學科展

國中組

利用電腦改進滑車實驗─時閒的測量與資料的處理

記得理化課中,有個利用滑車來證明“牛頓第二運動定律”的實驗。實驗中我們發現:由於滑車速度太快,使我們無法測量到精確的時問,各組求出的加速度也差異很大,繪圖更浪費了很多時間,而且也歪七扭八,與課本說的完全不同。三年級的資訊課中,我們了解了電腦的功用,便想結合理化與電腦,以最普遍的現代科技來輔助時間的測量、幫忙整理資料,改善這個實驗。

是魚?是蟲?還是糖?─衣魚共生菌分解酵素之篩選研究

「咦?我的書本怎麼破了一個洞?」「耶?我的衣服怎麼變成洞洞衫?」這些對話經常出現在居家寢室中,而兇手就是可能就是灰衣魚。灰衣魚和白蟻都能夠分解纖維素,只是主食不同。灰衣魚主要食用衣服以及紙張,而白蟻則是木頭。我們選擇灰衣魚作為我們的研究題材,到底灰衣魚是如何分解纖維素?這是我想在這個實驗裡知道的。從觀察灰衣魚的外在形態,進一步到探討灰衣魚的腸道是否有共生菌可分解纖維素。 由實驗得知,灰衣魚有小顎鬚來幫助牠感覺食物的構造,以及其步足有跗爪構造和兩種不同的鱗片。灰衣魚的腸道內確實有共生菌之存在來幫助灰衣魚分解纖維素。

固體彈性的研究

(一)在物理課本第一冊第五章中談到彈性問題,內中虎克定律令人很感興趣,但不夠完整。例如 (1)螺旋彈簧的半徑對形變的變化如何?(2)壓縮及彎曲扭轉是否也能適用虎克定律?(3) 如何製作儀器來測定各種彈性限度或常數。(二)在同書第四章中我們已學會了力矩的計算,把他用在彎曲與扭轉形變上是很適合的。(三)在化學課本第一、二冊中我們又學到了亞佛加厥常數是否可把彈性實驗的結果用來計算品格間的關係。(四)我們又學過改變變因、控制變因等實驗方法,正好藉此實用一下。

擺動與震動交替變換的探討

在作彈簧振動週期實驗的偶然機會中,發現其振動不久就很快地轉變成擺動,且此現象不斷的交替連續下去,但在某些情況下卻不產生,因此引起我們對它作更深入探討的興趣。

西瓜之音 = ? Hz

本研究是利用聲波原理來探討拍彈西瓜與西瓜品質好壞的關係。並設計新方法-週期區間統計法,對西瓜好壞做出定量且有效的判斷。我們以拍、彈方式錄下聲音,在波形圖中標出波峰的時間座標,分別用頻率平均法與週期區間統計法,來分析西瓜受敲擊時其聲音週期(頻率)的分布狀況。結果發現使用頻率平均法,並無法分析聲音的好壞。但用週期區間統計法,卻可看出好西瓜的頻率較為低而集中(666.7Hz~800Hz),壞西瓜則有頻率偏高且又分散的現象(400Hz~4000Hz),這應就是清音與濁音的區別。此外水果行老板的經驗、西瓜密度、果肉受力形變量,都可與聲音分析的結果相互驗證,來證明新分析方法的有效性。但西瓜重量、糖度則與聲音分析的數據關聯性小,無法用來判斷西瓜的好壞。

凌「雲」馭「風」-以霧化水分子氣流場模型,模擬颱風在不同環境下的風場與路徑變化

本研究開發霧化水分子氣流場模型,取代傳統水工實驗,以更貼近颱風構造的設計,應用於模擬颱風發展、雙眼牆、風場不對稱、狹管效應、副低壓影響及遇到障礙物的路徑變化等小尺度現象。實驗發現,高層輻散帶動低層輻合,增強到一定程度時出現風眼,類似真實颱風。瞬間提高風速會出現類似雙眼牆構造。當破壞風場的左側,帶動中心往西北偏移。狹管效應會使一側風速加快,造成中心偏移。模擬副低壓影響實驗中,東側的副低壓會使中心往東南偏移。氣場內放障礙物易在背風側產生漩渦,擋板越高越明顯。以臺灣地形障礙物進行實驗,北部通過的漩渦因狹管效應及風場不對稱南偏;中南部通過,先略南偏再北偏;大角度進入的漩渦也常受副低壓影響而偏向背風側。

登『糖』入『氏』-本氏液數位化了

七年級的自然與生活科技實驗中,有許多實驗結果是利用肉眼去判別的,也常常因為每位觀察者的個人因素,而造成數據判斷錯誤或無客觀性,例如康軒版第一冊第3章活動3-2「酵素的作用」,課本只大概的告訴我們本氏液的顏色變色,但並未告知各顏色的濃度數據。為滿足我們到底有多濃的好奇心,在老師的教導下,利用硫化鎘(CdS)為材料的光敏電阻連接電源及三用電表,並以各色LED為光源照射。葡萄糖會將本氏液中的硫酸銅還原為氧化亞銅而使溶液呈紅色,進而遮蔽光而使電阻值升高,電阻值與葡萄糖濃度呈線性關係,便可提高肉眼觀察的正確率與準確率,使本氏液不但可定性更可以定量。

應變規運用於拔河練習之研究

本設計利用了應變規(Strain Gauge)的原理去製作一台可以量測拔河時繩子兩端的施加力量值,本設計採用的原理是當應變規受力時其電阻值會因為不同的力量而產生不同的應變的變化。進一步地,本設計的準確性也進行了校正。透過拔河繩拉力所產生的應變造成電阻變化,來轉換成力量數值,而利用自已設計製造的夾具,放置在拔河繩上並固定在繩子的兩側,分析其應力應變和受力狀況來測出力量值。本設計只用簡單的應變規、電子顯示器和電子零件,低成本、簡單構造的設計來達成本研究之目的,來解決拔河過程中比賽的兩隊平衡力之顯示,使拔河更增加樂趣,增加拔河的趣味性、數值化。

仰式泳椿拳—小仰泳椿捕食孑孓之生物防治潛力評估

蚊子不僅擾人,更為重要病媒昆蟲,在臺灣傳播登革熱、日本腦炎等法定傳染病。近來橈足類防除病媒蚊頗具效用,南區之劍水蚤防治亦有良好試驗結果,然相較劍水蚤因體型小而偏好捕食一齡孑孓的限制,我們的實驗主角—仰泳椿具大體型優勢。本實驗透過捕食量、捕食速率與偏好試驗,初步瞭解仰泳椿之齡期、饑餓程度等因素會影響對孑孓捕食量、捕食速率及各齡孑孓捕食的偏好,仰泳椿齡期愈大、饑餓程度愈高其捕食量、捕食速率亦較高,且偏好捕食高齡期孑孓。透過捕食行為分析建立仰泳椿「被動等待」與「主動靠近」二種捕食模式,饑餓程度愈大會因養分需求較迫切而傾向以「主動靠近」模式來捕捉高齡孑孓。綜合研判,中高齡仰泳椿對孑孓防治具高度發展潛力。

失重及任意重力下的靜電力測量

利用雷射與磁片的「對話」,測量微弱的靜電力,並進而找出失重及任意重力下(例如高山上或加速中的升降機內或月球、火星等其他星球上)的靜電力測量方法。更進一步,設計並製作「失重及任意重力下的靜電力測量器」。